我国聚烯烃管材专用料的应用与开发现状

第36卷第7期塑料工业2008年7月CHINA PLASTICS INDUSTRY工业评述我国聚烯烃管材专用料的应用与开发现状张英杰，李玉松，马国玉(中国石油化工股份有限公司天津分公司研究院，天津300270)摘要:介绍了聚烯烃管材的特点、应用领域和发展趋势，分析了国内外聚烯烃管材专用料的开发状况和国内聚烯烃管材专用料的市场状况，提出了我国聚烯烃管材专用料开发领城存在的问题和建议。关键词:聚烯烃;管材专用料;开发;应用中图分类号: TQ325.1; TQ320.72*4文献标识码: A文章编号: 1005- 5770 (2008) 07-0001 -05Review on Application and Development of Polyolefin SpecialCompound for Pipes in ChinaZHANG Ying-jie，U Yu-song，MA Guo-yu(Research Intitute of Tanjin Branch, SINOPEC Co., Tianjin 300270, China)Abstract: The characteristics, application and developing trends of polyolefin pipes are introduced. The de-velopment of the polyolefin special compound for the pipes both at home and abroad, as well as the markets of thecompound at home, was analyzed . The problems existed in the development of the compound at home were pointedout, and some suggestions on the development were made based on fomer analysis.Keywords: Polyolefin; Special Compound for Pipe; Development; Application塑料管材与传统材料管材相比具有耐腐蚀性好、1.1.1 燃气输送管寿命长等优点，在工业、农业、建筑、市政工程等领燃气输送是PE管材的传统优势应用领域，这得域得到了广泛的应用。塑料管材行业已经成为我国塑益于它良好的韧性、耐开裂性和可靠的连接技术，以料工业的重要组成部分。2006年我国塑料管材总产及对地震破坏的抵御能力。日前，PE 燃气管在西方量达到2 900 kVa,自2001年以来，年均增长率达到国家已经十分普及。日本PE燃气管的使用量已超过19%[1-2]。聚氯乙烯(PVC) 管材是我国塑料管材的全部铺设管网的90%。我国的PE燃气管应用仍然比最大品种，但因VCM (氯乙烯单体)残留和铅盐稳较落后，2005年我国用于燃气输送的PE管材仅10定剂析出等原因，增长速度相对较低(3-4)。万t，而且仅限于中小口径的燃气管。随着我国能源1聚烯烃管材的特点与应用结构向天然气转变，PE 燃气管的用量将快速增长。聚烯烃管材主要包括聚乙烯(PE) 和聚丙烯据有关专家预测，2010年有望达到30万0]。(PP)管材，与其他塑料管材相比具有环保卫生、耐1.1.2市政给水管腐蚀、耐磨性好、使用寿命长和易于施工等特点，广PE管具有卫生性好、利于环境保护、柔韧、可泛应用于国民经济各领域，是近年来发展最快的塑料熔接,铺设方便经济,使用安全可靠等优点，在室外管材品种，产量仅次于PVC管材。给水领域发展迅速。尤其是直径1 m以下的给水管用1.1 PE 管材的应用领域PE管材比其他管道系统有较明显的优势，将逐步替PE承压管材主要用于饮用水输送、燃气输送等代其他管道系统成为主流。2005 年我国室外给水领用途。它是根据管材的长期静液压试验推算得到20域使用PE管材约20万t。一些新的施工技术，如非C, 50 a寿命的最小要求强度(MRS) 来分级的。我开挖铺设技术，水底沉管铺设技术，衬管修复技术等国标准规定给水和燃气输送PE管材应为PE80和极大地推动了PE管道系统的发展。目前塑料管仅占PE100管材l5-6]。非承压管主要用于大口径市政排我国供水管网的5.2%，发展空间巨大。水、农村饮水、灌溉和矿用等领域。1.1.3 农村饮水和农业灌溉用管作者简介:张英杰，男，1980年生,硕士，工程师，从事聚烯烃生产技术及新产品开发。022 - 63804047, zhnd651@ 163.com●2塑料工业2008年农村饮水和农业灌溉用管是有待进一步 发展的巨段共聚聚丙烯)管为主。PPR 管材具有较高的耐热温大市场。截止2005年我国实现管道喷灌和微滴灌的度，PPB管材具有更好的低温制性。PP管材1997年耕地面积仅占17.4%。而美国、瑞典等国家的喷微开始在我国生产和应用，2005 年我国PP管材产量24灌面积已超过耕地面积的80%，PE 管材在国外已广万t，主要应用于建筑内的生活冷热水输送和饮用水泛用于耕地微滴喷灌。据专家估算[8]，“十一五”期输送，在我国还部分用于地板采暖领域。据北京塑料间我国用于农业灌溉的塑料用管约35~45万t。.协会统计，我国建筑内冷热水输送领域中，PP管材农村饮水安全是我国面临的重要问题，目前农村约占50%，其中PPR管材占40%。PP 管材的优势主集中式供水人口仅占38%，另外62%的人口处于饮要体现在较高耐热温度、 环刚度、可热熔焊接性和卫水不安全状态，对身体健康造成严重危害。据文献介生性，在新建建筑中基本上取代了镀锌钢管作为给水绍，“十一五”期间我国将规划解决1.6亿农村居民管道。的饮水安全问题，供水工程需用塑料管材可达120 ~2聚烯烃管材专 用料的开发状况170万t8]。这为PE管材提供了巨大的发展机遇。与塑料工业其他应用领域不同，聚烯烃管材标准1.1.4埋地排水、 排污管要求管材生产企业必须采用树脂原料厂商提供的管材PE埋地排水管和排污管是非承压管，但要求较专用配混料生产管材。因邓，因内外石化公司的聚烯高的环刚度和耐环境应力开裂性能，通常是结构璧管烃管材专用料开发十分活跃，各种新品层出不穷。专材，如单壁波纹管、双壁波纹管、中空壁缠绕管和钢用料的研究开发已提高到分子设计的高度，既考虑摩带增强螺旋波纹管等。在德国、韩国和口本的大口径尔质量分布、共聚单体分布，又考虑共聚单体在分子排水管中PE缠绕管的使用率已分别达到60%、75%链上的排列，从而开发出各种性能优良的聚烯烃管材和90%。我国塑料埋地排水排污管才刚刚起步，目专用料[3-4。前在塑料管总量中占的比例仅为12%。据专家预测，2.1国外聚 烯烃管材专用料的发展近况13-1]2010年我国用于排水的PE专用树脂将达30万四。PE管材专用料是聚烯烃新产品开发的热点方向。1.1.5矿用管各公司从生产工艺、催化剂等各方面人手，使PE管PE管在矿业方面的应用包括矿渣、矿浆和泥浆材专用料向更高耐压等级、更好加工性能和更好抗开等固体输送管以及于煤矿井下瓦斯排放和送风用的双裂性方面发展。PEX、 PE-RT、PPR 等专用料也发展抗管。欧美许多国家在疏浚工程中用来输送河沙、泥迅速。浆，在矿山中用来输送矿渣，PE管道显示出耐磨性Fina公司采用双环管工艺，开发出了双峰乙烯-好、耐腐蚀性好和压力损失低等特点9。近几年，煤己烯共聚物PE100管材专用料Finathene XS10,它与矿用PE管材的应用发展很快，如有阻燃、抗静电要-般的丁烯共聚 PE100料相比，具有更均匀的挤出性求的抽放瓦斯管、排风管和排水管,是目前管材开发能，优良的韧性和耐慢速裂缝增长性。Borealis 公司企业的研究热点。采用Borstar 技术生产出了PE100 管材料HE3490-LS,1.2交联聚乙烯(PEX) 管可用于生产管壁厚为100 mm、直径为1 600 mm的管普通PE管材的耐热性能差，无法满足45 C以上材; 2005 年还推出了新型PE 100管材专用料Borstar介质输送的长期使用要求。通过分子交联方法得到的PE 2G,它由新催化剂体系与工艺改进相结合而生产，PEX管,具有优良的耐高温性，可在70 C高温下长可通过减缓裂口增长而具有更好的耐久性[5s。期使用。交联方法有硅烷交联法、辐射交联法和过氧Phillips公司TR系列HDPE管材专用树脂是美国市场化物交联法。PEX 管材具有优良的耐高温、长期耐压最畅销产品，最大的管径可达1.4m,广泛用于工业蠕变性和卫生性能，在冷热水输送和地采暖领域应用市政建筑、饮用水输送、天然气输送等方面[6。十分广泛。在欧美及日韩地区, PEX管材在冷热水输Solvay 公司开发的Elex TUB120系列PE100管材专用送及地采暖领域的市场占有率达70%左右;近年来料广泛用于燃气输送; Solvay 公司还在开发PE125级我国的PEX管材也发展迅速，在地采暖领域占有市管材，它是通过交联的方法实现的，可使PE管在壁场份额的50%，但与国外相比仍有差距。2006 年我很薄的情况下耐更高的压力14)。Total Petrochemicals国PEX管材消费量达5万t[7]。公司在Chianplas 2007国际橡塑展上介绍了用于薄壁1.3 PP 管材11-12]大口径管材的PE100 管材配混料XS 10B,它采用己PP管材以PPR (无规共聚聚丙烯)管和PPB (嵌烯作为共聚单体，比丁烯共聚时耐裂纹扩展性显著提第36卷第7期张英杰等:我国聚烯烃管材专用料的应用与开发现状高，并且具有低熔垂特点，是一种着色的配混料。6380M。6360M是双峰分布，适中的摩尔质量,共聚SAMSUNG公司采用双反应釜串联工艺开发了PE112单体采用1-丁烯，且只在第二釜高相对分子质量级管材专用料，该产品在高摩尔质量部分可产生很多缠分中加入，环刚度高，耐环境应力开裂超过1 000 h,结分子，使材料在耐蠕变性和耐慢速开裂性能之间可已投放市场[21); 6380M 也是双峰分布，但摩尔质量得到较好的平衡，同时还保持了良好的加工性能，与更高，耐环境应力开裂超过10 000h,并且按照ISO/双峰PE100相比，可降低管壁厚度，不出现管壁熔TR 9080- -1992 的要求，进行了长达10 000 h的长期垂，可制成最大直径为1 600 mm的高耐压管材。静液压试验，结果表明6380M的MRS为8 MPa,达除上述PE压力管材专用料外，国外石化公司在到PE80级[2]。PEX、PE-RT (耐热聚乙烯)和PP专用料开发方面也齐鲁石化采用气相法全密度聚乙烯工艺，开发了做了大量工作。，DGDB-2480管材专用料，具有较高的熔体强度、撕裂lg化学开发的HDPE XL1800、韩国湖南石油化强度和良好的耐环境应力开裂性能(>1 500h)。最学公司的8100CX和SAMSUNG的P110P、P110PT 用近，齐鲁石化又开发出了新牌号DCDB-2480H管材专于生产过氧化物交联PE管材。其他可用于生产PEX用料，并在2106年通过了瑞典Bodycote实验室的管材专用料的还有Basell 的Lupolen5261Z Q456、PE100认证，具有较低的剪切黏度，有利于管材的挤5461B Q471 和Borealis 公司的BorPEX HE2515、出成型，熔体强度达到1.05 MPa,可有效防止加工中HE2510等牌号[18。的熔垂现象[23)。齐鲁石化还开发出了一-种滴灌管材Dow化学公司开发的DOWLEXE2344和SK化学专用料,具有较强的耐老化性和柔韧性[24]。公司开发的DX800是一种PE-RT管材专用料，它是扬子石化2005年开发出了PE管材专用料-种乙烯-辛烯的中密度共聚物，具有优良的耐高温YEM4803T,通过了PE80认证，并已在其10万Va淤性，它不需要经过交联就可满足长期热水输送的要浆工艺HDPE装置上进行了4次工业化生产。测试表求，可用于地采暖等用途。明，该产品性能超过了PE80标准，接近PE100标准。DSM公司开发的PPR专用料Vestolen P9421，可该产品具有双峰摩尔质量分布，耐环境应力开裂超过应用于地板采暖管道。Borealis 公司开发了PPR管材11 256 h,物理性能和加工性能优异，可用于给排水专用料RA130E，在我国应用广泛。Targor 公司开发和燃气输送用途。扬子石化月前还正在进行PEI00树了PPR管材专用料Novolen PPH5216 和Novole脂开发(25]。此前，扬子石化还开发成功了双聚乙烯PH5416,适用于建筑用冷热水管系统，地板暖气系壁波纹管专用料[26]。另外，扬子石化公司研究成功统、工业生产用压力管等领域。韩国晓星石化公司开了HDPE矿用固液输送管材专用料，具有耐腐蚀、耐发的PPR原料牌号为R200P。LG化学开发出了PP-B磨损特性，各项技术指标均达到德国Hoechst 公司的管材专用料PP-M910[19]。GM5010T树脂的标准，已在青海盐湖400 kt扩建工程Borealis公司还开发了新一代冷热水管材用的聚水采浮管系统中得到了应用[9,16)。丙烯专用料，牌号为Beta PPR RA7050。此牌号是在独山子石化采用BP Innovene气相流化床工艺发PPR中加入β成核剂所制成，可增加聚丙烯的韧性、出了性能优良的已烯共聚中密度PE管材专用树脂降低模量、提高拉伸强度，这有利于提高管材的长期HD3902EX及其混配料HD3902BK。经国家化学建筑性能[17]。材料测试中心认证，达到了PE80 等级，管材制品满2.2国内聚烯烃管材专 用料开发情况足GB/T 15558.1- 2003规定要求，可用于燃气管材我国石化企业在聚烯烃管材专用料开发方面起步的生产[2]。较晚，发展较慢，这制约了我国聚烯烃管材行业的发上海石化采用Borstar 工艺技术开发出了牌号为展[2]。扬子石化、齐鲁石化和燕山石化等单位在聚烯YGH041T的黑色管道专用料，2005 年通过了瑞典国烃管材专用料开发方面做了大量研究工作。家测试和鉴定研究院按IS09080 进行的PE100认证。燕山石化采用三井油化淤浆工艺，开发生产了同时该公司还开发了YCHO51T管材专用料，通过了HDPE管材专用树脂6100M，并研究了其加工工艺,PE80级认证E[1s]。已广泛应用于供水系统、排水系统及灌溉、硅芯管等大庆石化公司采用三井油化技术HDPE装置，开众多领域[21。燕山石化还开发出了非承压结构壁埋发的管材专用料有6100M、6200M、 7000M 和6366M地排水管专用料6360M和PE80级压力管专用料等牌号。6366M是双峰摩尔质量分布产品，1-丁烯塑料工业2008年共聚，其氧化诱导期和液压性能试验结果均超过我国市场上常见的进口PE管材专用料及性能指IS04427 对PE80级材料的要求[8]。标如表2所示(13,15-16]。上海金菲石化采用Pillips 环管反应器工艺开发表1市场上的国产 PE管专用料"的管材专用树脂牌号有TR418、TR480和TR400，主Tab 1 Domnestic conmerial PE compound for Pipe要在给水管材方面应用。生产商牌号MFR/密度/用途g(10min)-1_ g" cm~PEX管材专用料方面，独山子石化公司以一种燕山石化600M0.040.961工业用管HDPE/LLDPE共混物为基础树脂，采用硅烷两步法交6100M0.140.954联改性，研制出了PEX 专用料，达到了CJ/T205/700M0.03工业用臂6380M0.1(13.5kg) 0.949 大口径压力管、燃气管2000《建筑给水交联聚乙烯(PEX) 管材》的要齐鲁石化DGDB-2480 0.08(11.0kg) 0.944燃气管求[29]。吉化集团也在HDPE 2480和LLDPE 7042基础DCD-2400 0.09(14.0kg) 0.939给水管燃气管上开发出了一种组合料，它的耐环境应力性能超过了DCD-31900.10.933DFD44270.60.920给水管1 000 h,可用于硅烷交联PEX管材[0。DXND-12240.8PP管材专用料方面。燕山石化开发的PPR 4220扬子石化工业水管管材专用料，已根据ISO 9080- -2003 进行了耐长期静Y76000.080.950YEM4803T0.300.948 给水管、燃气管液压颅测强度的测试，结果表明其抗蠕变曲线符合GB/T 18742- -2002 《冷热水输送用聚内烯管材》的要大庆石化工业给水管6200M硅芯管道求，达到国外同类产品先进水平;燕山石化还在6366M0.060.952压力管道近期开发了一种PPB管材专用料2440)31]。扬子石化7000M采用Hypol工艺开发出了PPB 和PPR管材专用料，牌金非石化TR4800.0960.945TR4000.940号分别为CI80和R180，已大规模生产(32。抚顺乙烯上海石化YCHO4IT 0.4 (5 kg)0.949给水、燃气管化工有限公司完成了PPR管材专用料E-003的开发和YCGHOSIT0.s (skg)0.946辽阳石化CMS0IOH0.31生产，各项性能指标与进口料接近[3]。独山子石化J13100.330.941通用管开发出了一种PPB管材专用料ZK0640P,符合CB/T抚顺石化LDPE-51-35B 0.33输气管道18742- -2002 的要求[34)。其他开发的PP管材专用料注: 1) MFR中未注明的均为2. 16 kg砝码测定值。还有齐鲁石化的PPR01，大庆石化的PP-R802等牌表2市场上的进口PE专用料”号(12)。Tab 2 Inmported commercial PE compound for pipe此外，扬子石化还在进行β晶型成核剂改善均4FR聚聚丙烯管材料低温力学性能差的缺陷的研究，这为生产商牌号/g*(10min) - 'g°cm,研制兼备良好刚性和韧性的聚丙烯管材料提供了新的韩国现代PHI500.150.942途径[35]。PHI1430.200.938Phillips TRI480.941 ~0.9503国内聚烯烃管材专 用料市场状况分析0.20.939虽然国内树脂企业近几年在聚烯烃管材专用料开HEM5S020.350.955内衬管发上开展了大量工作，相对于国内蓬勃发展的塑料管SolvayFina38020.16-0.20 0.940-0.948材加工和应用产业，聚烯烃管材专用料的开发步伐仍Borealis 3470≤0.1燃气管、输水管远远落后于市场需求。国产料在硅芯管、排水管等对性能要求不高的领域得到了- -定的应用，但国产料总NESTE NCPFE2421.941注: 1) MFR均为2.16 kg砝码测定值。体使用比例较小，尤其是高附加值的PE80和PE100等承压管材专用料基本上仍以进口料为主。我国市场上用于生产PEX管材的专用料几乎全目前，国内市场上国产PE管专用料及性能指标部为进口料。硅烷交联聚乙烯管材(PEXb) 专用料如表1所示[3.15-16]。常见的有Basell公司的Lupolen 5031L Q449、LG化学国内今年来虽然有少数企业开发出了高附加值公司的LUTENE-H XL6500、Borealis 公司生产的Bor-PE80和PE100牌号，但是据下游用户反映，在实际PEX HE2515、HE2510和SK化学公司生产的XL620、使用中存在加工性能差和质量不稳定等问题，进口专XP650等产品。过氧化物交联聚乙烯管材(PEXa) 专用料仍占据绝对市场地位。用料用量最大的是LG的XL1800和韩国湖南油化的第36卷第7期张英杰等:我国聚烯烃管材专用料的应用与开发现状8100GX;近几年，SAMSUNG的P110P和P1 10PT专用北京:中国塑料加工工业协会管道专业委员会秘书处,料也取得一-定市场。齐鲁石化和扬子石化正在开发2007: 25-32.PEX管材专用料，但尚未见到产品[36-37]。[3]王占杰塑料管道行业“十五”状况及“十一五”发展PP管材专用料经过几年发展，以燕山石化4220、趋势[J].中国塑料，2007, 21 (1); 1-7.齐鲁石化PPR01和扬子石化R180为代表的国产料已[4]刘新民，葛涛，杨金平.塑料管材的发展概况及市场调查[J].塑料科技，2003 (6): 41-45.经占据了国内市场的58%左右"。但进口料仍占有[5] GB/T 13663- 2005给水用聚乙烯(PE) 管道系统[S].重要地位。市场上常见的进口PP管材专用料主要有[6] GB/T 1558.1- -2003燃气用埋地聚乙烯管道系统[s].Borealis的RA130E， DSM 的Vestolen P9421， Hoechst[7] 者东梅，魏若奇，刘畅，等.国内聚乙烯管材专用料市的Novole PPH5416，韩国晓星的R200P和大韩油化的场研究与分析[J].当代石油石化，2007, 15 (4): 33-RP2400。据-些下游用户反映，与进口料相比，国产37.PP专用料存在低温韧性较差等缺点，产品质量稳定[8]水利部农村饮水安全中心，塑料管道在中国农业灌溉和性仍有待进一步提高。农村饮水安全工程建设中的应用前景[C] //中国塑料加4结论工工业协会塑料管道专业委员会2007 年年会会议资料.塑料管材是一个蓬勃发展的朝阳产业，它的发展北京:中国塑料加工工业协会管道专业委员会秘书处，2007: 1-8.和推广得到了国家政策的大力支持。根据建设部《国[9]钱恒河. HDPE管材的开发现状及其应用前景[J].现代家化学建材产业“十一五”计划和2010年发展规划塑料加工应用，2002，14 (3): 36-41.纲要》要求，到2010年塑料管道在全国各类管道市[10]张化廷. HDPE 瓦斯抽放管的研制[J].工程塑料应用，场中占有率达到60%，其中:建筑给水和建筑排水1999，27 (4): 19- 20.管道80%采用塑料管，建筑雨水排水管道70%采用[1]杜建强. PPR管材专用料市场概况及发展趋势[C] /1塑料管，建筑电线穿线护套管90%采用塑料管，城全国连续法聚丙烯生产技术交流会论文集.北京:全国镇供水管道70%采用塑料管，城镇排水管道的50%聚烯烃树脂行业组织秘书处，2005: 11- 17. :采用塑料管，城镇燃气管道的60%采用塑料管。这[12]梁洁，张林煊. PPR管材及专用料市场的发展前最[J].广石化科技，2004 (1): 55- 60.为塑料管道行业的整体发展提供了难得的机遇。但[13]阮伟.聚乙烯管材的国内外发展及应用[J].化工新型是，我国塑料管道行业中也存在很多问题。在聚烯烃材料，2003, 31 (5): 3-8.管材方面表现在，国产管材专用料产量小，已国产化[14]齐妹婧，刘宏吉，佟俊鹏，国内外聚乙烯管材专用料的的几种牌号质量不够稳定，不能满足市场需求。而进生产技术[].化工科技，2004, 12 (3): 58-61.口原料价格昂贵，-一些管材加工厂家为降低成本，采[15]姜进宪，邱丽萍.聚乙烯管材专用料研发应用前景[J].用劣质原料生产管材，或者大量添加无机填料以降低橡塑技术与装备，2006, 32 (11): 27-33.成本，造成巨大安全隐患和质量事故，使塑料管材行[16]曹胜先.国内外聚乙烯管材专用料的开发及应用[J].业整体形象受到损害。当代石油石化，2002， 10(5): 38-42.综上分析可知，我国聚烯烃管材专用料的开发现[17]吕立新. 2003 - 2004年聚烯烃新品种的进展[J].石油化工，2005, 34 (7): 605- 611.状滞后于管材加工行业的发展，这已经阻碍了我国聚[18]马良海，许秋康,杨素.过氧化物交联HDPE热水管材烯烃管材行业的进步。因此，建议上游树脂生产企业料性能分析[J].现代塑料加工应用，2006, 18 (3): 41应加大管材专用料的新产品开发力度，提高产品质-43量。树脂原料企业和管材加工企业之间应建立有效沟[19]杜建强，周瀾，赵丽梅，等.冷热水用聚丙烯管材及专通，形成管材专用料选用的统-标准指导， 共同促进用树脂的发展概况[J]. 化学建材，2001 (3): 3-6.我国聚烯烃管材行业的整体发展。[20]景政红.管材专用树脂6100M的加工性能研究[J].合参考文献成树脂及塑料，2003, 20 (4): 26-28. .[1]廖正品.中国塑料加工业现状与发展前景[c] //中国塑[21]景政红，赵丽梅。埋地排水管用HDPE的研制[J]. 合料加工工业协会塑料管道专业委员会2007年年会会刊.成树脂及塑料，2005， 22 (5): 9-12.[22]张宁.聚乙烯管材专用树脂生产技术开发[J]. 合成树2007: 1-10.脂及塑料，2005, 22 (5): 13-16.[2]陈立辉，王占杰.塑料管道行业现状与发展[C] //中国(下转第10页)塑料加工工业协会塑料管道专业委员会2007年年会会刊.塑料工业2008年blends of paly ( vnyidene furide) and high density polyeby-工程，2000, 16 (3): 101- 106.lene: The rlaiosbip betwen mophology and poitive and meg- [32] 尚文字，谢大荣，吴南屏.高分子复合型PTC材料稳定ative temperature cofftcient ffects [J]. 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